攜帶月球樣品，成功進(jìn)入預(yù)定環(huán)月軌道

付毅飛

據(jù)國家航天局消息，6月4日7時(shí)38分，嫦娥六號(hào)上升器攜帶月球樣品自月球背面起飛，隨后成功進(jìn)入預(yù)定環(huán)月軌道。嫦娥六號(hào)完成世界首次月球背面采樣和起飛。

自6月2日成功著陸在月球背面南極-艾特肯盆地預(yù)選著陸區(qū)以來，嫦娥六號(hào)著陸器與上升器組合體出色完成了采樣封裝、展示國旗、拍照成像、科學(xué)探測(cè)等各項(xiàng)任務(wù)，盡顯真功夫。

鉆得動(dòng)、封得住

智能采樣是嫦娥六號(hào)任務(wù)的核心環(huán)節(jié)之一。受限于月球背面中繼通信時(shí)長，嫦娥六號(hào)采用快速智能采樣技術(shù)，在20個(gè)小時(shí)內(nèi)，完成采樣并按預(yù)定形式將樣品封裝存放在上升器攜帶的貯存裝置中。探測(cè)器經(jīng)受住了月背溫差考驗(yàn)，克服了測(cè)控、光照、電源等難題，通過鉆具鉆取和機(jī)械臂表取兩種方式，分別采集了月球樣品，實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)、多樣化自動(dòng)采樣。

筆者從中國航天科技集團(tuán)五院了解到，采樣和封裝過程中，科研人員在地面實(shí)驗(yàn)室，根據(jù)鵲橋二號(hào)中繼星傳回的探測(cè)器數(shù)據(jù)，對(duì)采樣區(qū)的地理模型進(jìn)行仿真并模擬采樣，為采樣決策和各環(huán)節(jié)操作提供支持。

針對(duì)更加復(fù)雜的月背環(huán)境，研制團(tuán)隊(duì)在繼承嫦娥五號(hào)采樣封裝技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，開展了大量分析、設(shè)計(jì)，以及試驗(yàn)驗(yàn)證工作，確保月背采樣“采得著、鉆得動(dòng)、封得住、回得來”。

“鉆得動(dòng)”是必須具備的能力。研制團(tuán)隊(duì)通過對(duì)比多種設(shè)計(jì)方案，“百里挑一”確定了鉆頭、取芯機(jī)構(gòu)以及相應(yīng)構(gòu)型。鉆頭設(shè)計(jì)為多個(gè)切削面，具備高硬度巖石鉆進(jìn)能力，而且針對(duì)不同顆粒度月壤具備切削、撥、擠、排能力，從而在實(shí)現(xiàn)高效取芯的同時(shí)，具有良好的層序保持特性。

為保證取得的樣品在提芯過程中不發(fā)生掉落，封口器采用了扭轉(zhuǎn)密閉式結(jié)構(gòu)，并設(shè)計(jì)使用了大應(yīng)變材料，使其不僅封口簡(jiǎn)單，還具有低力載、高可靠特點(diǎn)，長時(shí)間處于大變形承載狀態(tài)下也不會(huì)發(fā)生應(yīng)力松弛現(xiàn)象。針對(duì)采集的月壤樣品具有可變形特征，研制團(tuán)隊(duì)還設(shè)計(jì)了特殊的提芯拉繩，確保取芯軟袋具有確定的幾何形狀，方便樣品傳送和轉(zhuǎn)移。

五星紅旗在月背展開

表取作業(yè)完成后，嫦娥六號(hào)著陸器攜帶的五星紅旗在月球背面成功展開。這是中國首次在月球背面獨(dú)立動(dòng)態(tài)展示國旗。這面國旗采用新型復(fù)合材料和特殊工藝制作而成。

月面溫差大、輻射強(qiáng)，普通材質(zhì)的國旗難以滿足任務(wù)要求。研制團(tuán)隊(duì)聯(lián)合武漢紡織大學(xué)等單位開展了玄武巖纖維旗面的研制攻關(guān)，陸續(xù)攻克了纖維成型、織物織造、印花染色以及旗面與展開機(jī)構(gòu)適配等技術(shù)難題，使國旗能夠適應(yīng)月球表面的惡劣環(huán)境。

筆者從中國航天科工集團(tuán)了解到，研制團(tuán)隊(duì)在嫦娥五號(hào)國旗展示系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行了適應(yīng)性改進(jìn)，綜合考慮月面光線與旗面角度的變化，聯(lián)合有關(guān)單位開展了多輪方案評(píng)估和模擬月面成像試驗(yàn)，保障國旗的最佳成像效果。

自主控制的月面起飛

月面起飛是實(shí)施月面采樣返回任務(wù)的一項(xiàng)關(guān)鍵動(dòng)作。嫦娥六號(hào)從月球背面起飛，無法直接得到地面測(cè)控支持，需要在鵲橋二號(hào)中繼星輔助下，借助自身攜帶的特殊敏感器實(shí)現(xiàn)自主定位、定姿，與嫦娥五號(hào)相比，工程實(shí)施難度更大，需要強(qiáng)大的智能自主控制能力。

月面起飛的整個(gè)過程，都由五院502所研制的GNC（制導(dǎo)導(dǎo)航與控制）系統(tǒng)控制。進(jìn)入起飛準(zhǔn)備程序后，嫦娥六號(hào)開始進(jìn)行自主的位置確定、自主的姿態(tài)確定和自主的起飛參數(shù)計(jì)算等。到了起飛時(shí)間，GNC系統(tǒng)控制上升器主發(fā)動(dòng)機(jī)自行點(diǎn)火起飛。經(jīng)歷垂直上升、姿態(tài)調(diào)整和軌道入射三個(gè)階段，經(jīng)過約6分鐘、250公里飛行后，上升器準(zhǔn)確進(jìn)入了預(yù)定環(huán)月軌道。

后續(xù)，上升器將與在環(huán)月軌道上等待的軌道器和返回器組合體進(jìn)行月球軌道的交會(huì)對(duì)接，并將月球樣品轉(zhuǎn)移到返回器中。軌道器和返回器組合體將環(huán)月飛行，等待合適的返回時(shí)機(jī)進(jìn)行月地轉(zhuǎn)移。在地球附近，返回器將攜帶月球樣品再入大氣層，計(jì)劃降落在內(nèi)蒙古四子王旗著陸場(chǎng)。